도쿄대학 대학원 공학계 연구과의 타케우치 켄준교수, 케이오 기쥬쿠 대학 이공학부의 쿠로다 타다시광교수와 이시구로 히토시휘준교수들의 연구팀은 2월 20일, 비접촉형의 고체 기억 매체 솔리드·스테이트·드라이브(SSD) 메모리의 연구 개발에 대하고, 3개의 혁신 기술을 개발한 것을 발표했다.동연구 성과의 자세한 것은, 2012년 2월 19일부터 23일(미국 서부 시간)에 미국·샌프란시스코에서 개최되고 있는 「국제 고체 소자 회로 회의(ISSCC 2012)」로 발표될 예정.

이번 발표된 내용은, 플래쉬 메모리의 수명을 최대 10배(실험치)에 늘리는 잘못 정정 회로를 가지는 메모리시스템, 메모리 모듈을 회로 기판에 싣는 것만으로 프로세서와 쌍방향 통신할 수 있는 세계 최고 클래스의 속도(1 핀 당 7Gbps)의 비접촉 메모리시스템, 최대 0.52 W의 전력을 수μ s의 응답 속도(종래비 2자리수 고속화)로 전송할 수 있는 비접촉급전시스템을 개발했다고 하는 것.

이번 개발 기술을 통합하는 것으로, 128 G비트 이상의 대용량 무선 SSD 메모리 제작이 가능해지기 위해, 데이터 센터에서는 종래의 HDD로부터 SSD 메모리에의 치환에 의해 처리의 10배 고속화, 소비 전력의 반감화가 가능하게 되는 것 외, 세계 시장 1조엔 규모의 메모리 모듈 비지니스에 큰 경제 효과를 가져올 가능성이 있다고 한다.또, 동기술은, 장래, 소형 배터리 프리의 대용량 메모리 카드를 실현할 때에도 열쇠가 되는 혁신 기술로서 기대된다고도 하고 있다.

연구팀이 개발한 고신뢰 메모리시스템에서는, 플래쉬 메모리를 30 nm이하에 미세화하는 것을 목적으로 하고 있다.그러나 미세화를 실시하면, 인접하는 메모리 셀과의 사이에 전기적인 간섭이 생기고 메모리 셀의 해 귀의치 전압이 변동하고 에러를 일으킨다.이 에러는 종래 기술에서는 해결할 수 없었기 때문에, 메모리의 대규모화는 곤란했다.

도쿄대학과 케이오 기쥬쿠 대학의 연구 경위와 연구 프로그램의 개요

연구팀은 이 과제를 해결하기 위해서, 간섭의 보정에 의한 에러의 저감과 고속의 읽기를 양립해, 메모리의 대규모화를 실현하는 에러 예측 LDPC(저밀도 패리티 검사 부호)라고 하는 신기술을 개발.구체적으로는, 어느 메모리 셀에 대하고 정보를 읽어낼 때 에, 주위에 인접하는 메모리 셀의 데이터 패턴, 개서 회수, 데이터 보관 유지 시간등의 정보로부터 미리 작성하는 불량율의 데이타베이스를 참조해 읽기의 에러 확률을 산출해, 에러를 정정한다.그 결과, 메모리의 수명을 최대 10배(실험치)에까지 늘리는 것이 실증되어 이 결과에 의해, 플래쉬 메모리는 20 nm이하로 미세화할 수 있게 되어, 128 G비트 이상의 대용량화가 실현 가능해진다고 한다.

도쿄대학에 의한 플래쉬 메모리의 장기 수명화, 고속화 기술.좌상이 메모리 셀의 간섭의 이미지.우상이 종래의 LDPC.아래가 이번 개발된 에러 예측 LDPC

또, 메모리 모듈은, 복수의 DRAM를 장비·배선해 접속 단자를 마련한 기판으로, 전자기기의 주요 부품이지만, 이 메모리 모듈의 데이터 전송 속도가 전자기기의 성능을 결정하기 위해, 그 고속화가 필요하고, 2015년경에는 최대 매초 4.3Gbps(DDR4 규격)가 필요성능이 된다고 예측되고 있다.그러나 전송 속도를 매초 5 Gbps 이상으로 하면, 신호가 버스로 분기 해, 소켓을 통과할 때마다 반사나 일그러짐이 생기는 등, 신호의 신뢰성을 해치는 심각한 문제가 있었다.거기서 연구팀에서는, 입출력 신호를 구별해 반사나 폐해를 억제하는 방향성 결합기를 이용해 신호를 분기 하는 신기술을 개발했다.동기술에서는, 결합기의 결합도를 조정하는 것으로, 각 메모리 모듈에 전송하는 신호 에너지를 동일하게 해, 신호 파형을 정돈하고 있다.그 결과, 비트 잘못의 적은 고신뢰의 데이터 전송을 가능하게 해, 한편 1 핀 당 7 Gbps의 통신에 성공했다.

케이오 기쥬쿠 대학에 의한 비접촉 DRAM 모듈과 7 Gbps의 통신 파형.좌상이 비접촉 모듈.우상이 에너지등 배분 메모리 버스.아래가 7 Gbps의 실측 파형

현상의 스마트 폰등에서는 미소 전력급전(수십 mW레벨)에 한정되어 고속급전도 불필요했지만, 장래의 대용량 메모리 카드에서는 W레벨의 고효율, 고속의 무선급전기술이 필요하다.그러나, 전력 복사에 의한 에너지 손실이 있기 위해 고효율급전은 곤란했다.거기서 이번 연구에서는, 전력 복사를 억제해, 고효율을 유지하면서, 고속의 소비 전력 변동에 대응해 고속으로 송신 전력을 제어하는 스위칭 변조 기술이 개발되었다.동기술에서는, 수전측의 전압을 일정하게 유지하기 위해서, 카드의 동작 상태(읽어내/기입)에 따라 고속으로 크게 변동하는 카드측 소비 전력에 추종 하고, 송신 전력측에서 스위칭 주파수를 공진 주파수 및 그 만큼수조파의 사이에 변조하도록(듯이) 한 결과, 카드측의 소비 전력이 수μ s이내에 1자리수 변동했을 경우에 대해도, 수전측의 최대 전압강하는2% 정도로 억제할 수 있는 것이 확인되었다.이것은 종래비 2자리수 이상의 고속화라고 한다.